觸摸屏的LED彩色臺燈控制系統(tǒng)設(shè)計

【W(wǎng)ord版本下載可任意編輯】觸摸屏的LED彩色臺燈控制系統(tǒng)設(shè)計本系統(tǒng)是利用觸摸屏控制的可調(diào)顏色的照明燈具。燈源為大功率超高亮三基色發(fā)光二極管組成。本設(shè)計的亮點是觸摸屏上所指示的顏色與實際燈照出的顏色一致。到通過c語言程序?qū)纹瑱C的PWM功能開展控制實現(xiàn)相應(yīng)的坐標變換使燈具實現(xiàn)調(diào)色調(diào)亮的效果，為使用者提供一個隨心調(diào)節(jié)室內(nèi)氣氛的良好工具。

一、控制硬件總體設(shè)計

系統(tǒng)的總體框圖如圖1所示。系統(tǒng)可有輸入，輸出，控制三部分組成，當觸摸屏被按下觸摸屏芯片讀取觸摸屏上X軸與Y軸的值，然后通過SPI協(xié)議傳送到控制器，控制器負責(zé)信號的處理，把處理完畢的信號以PWM方式輸出驅(qū)動LED.

圖1系統(tǒng)總體框圖

二、觸摸屏的使用

本系統(tǒng)選擇電阻式觸摸屏，它將矩形區(qū)域中觸摸點（X,Y）的物理位置轉(zhuǎn)換為代表X坐標和Y坐標的電壓其觸摸屏構(gòu)造如圖2所示。圖3顯示了四線觸摸屏在兩層相接觸時的簡化模型。對于四線觸摸屏，理想的連接方法是將偏置為VREF的總線接ADC的正參考輸入端，并將設(shè)置為0V的總線接ADC的負參考輸入端。

圖2電阻觸摸屏構(gòu)造。

圖3電阻觸摸屏簡化模型。

三、接口電路設(shè)計

1.控制器與觸摸屏連接

本系統(tǒng)采用美國TI公司生產(chǎn)的ADS7843,該芯片內(nèi)置12位AD轉(zhuǎn)換、低導(dǎo)通電阻模擬開關(guān)的SPI總線接口觸摸屏控制。供電電壓為2.7~5.25V,參考電壓VREF為1V~+VCC,轉(zhuǎn)換電壓范圍為0~VREF,控制器可通過內(nèi)置的SPI輸出口MOSI、MISO、SCK與觸摸屏芯片開展連接，如圖4所示。

圖4單片機與觸摸屏接口電路圖。

2.LED驅(qū)動電路

控制器輸出PWM波形作為驅(qū)動電路的驅(qū)動信號，三極管Q1作為斬波器件。當驅(qū)動信號為高電平時三極管處于截止狀態(tài)，LED不亮；當輸入信號為低電平三極管處于導(dǎo)通狀態(tài)，LED點亮。紅色LED的驅(qū)動電路如圖5所示，綠色與藍色LED的驅(qū)動電路的構(gòu)造與紅色的相同，單片機的PB7端為綠色LED的驅(qū)動信號，PD4為藍色LED的驅(qū)動信號。

圖5紅色LED的驅(qū)動電路圖。

四、系統(tǒng)的程序設(shè)計

1.系統(tǒng)總流程圖

系統(tǒng)硬件可以分為輸入、控制、輸出部分，其中控制部分是連接輸入、輸出。單片機程序決定輸入如何影響輸出，輸出如何響應(yīng)輸入，其具體框圖如圖6所示。單片機對ADS7843開展讀取后對數(shù)據(jù)開展坐標變換，把處理的值輸出驅(qū)動LED.

圖6系統(tǒng)軟件流程圖。

2.觸摸屏坐標讀取

所謂的觸摸點坐標是指當觸摸屏被按下時觸摸芯片讀出的X軸與Y軸的數(shù)值。觸摸坐標的讀取時非常關(guān)鍵的，它是觸摸屏使用過程中重要的環(huán)節(jié)，若觸摸點坐標有誤，將導(dǎo)致單片機錯誤處理。首先使能ADS7843,然后向ADS7843寫入測量X坐標的控制字，延時若干毫秒后，讀取ADS7843的轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)。讀取的數(shù)據(jù)即X的坐標值；再把測量Y坐標控制字寫入ADS7843,延時若干毫秒后，讀取ADS7843的轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)，就得到了Y坐標的值，然后禁止ADS7843.這樣既完成了讀取坐標值的過程。其具體流程如圖7所示。

圖7ADS7843讀取框圖

3.系統(tǒng)坐標校準處理

由于任意兩個觸摸屏上的點密度都不可能完全一致，所以要求在使用觸摸屏之前，必須開展校準。校準方式有兩點校準，三點校準，四點校準等。其中，校準的點數(shù)越多，觸摸屏數(shù)據(jù)越，校準也越繁瑣。本系統(tǒng)使用兩點校準的方法對觸摸屏開展校準。

（1）先分別測試觸摸屏左下角及右上角的坐標（ads7843_xmin,ads7843_ymin）；（ads7843_xmax,ads7843_ymax）；

（2）計算水平方向的比率（ads7843_xts）和垂直方向的比率（ads7843_yts）；

（3）假設(shè)液晶屏中的當前點是液晶屏坐標（X,Y）：

當前點的觸摸屏的X坐標=X×ads7843_xts+ads7843_xmin;

當前點的觸摸屏的Y坐標=Y×ads7843_yts+ads7843_ymin;

系統(tǒng)執(zhí)行校準程序后把觸摸屏左下角，右下角的坐標值與水平方向的比率存放如單片機EEPROM中，每當系統(tǒng)重新啟動時調(diào)用對應(yīng)的數(shù)值有于對觸摸位置的判別。

4.控制器SPI通訊

控制器ATmega48內(nèi)部集成SPI通訊所需的軟硬件功能，主機和從機之間的SPI連接如圖8所示。系統(tǒng)包括兩個移位存放器和一個主機時鐘發(fā)生器，通過將從機的SS引腳拉低，主機啟動通訊過程。主機和從機將需要發(fā)送的數(shù)據(jù)放入相應(yīng)的移位存放器。主機在SCK引腳上產(chǎn)生時鐘脈沖以交換數(shù)據(jù)。主機的數(shù)據(jù)從主機的MOSI移出，從從機的MOSI移入；從機的數(shù)據(jù)從從機的MISO移出，從主機的MISO移入。主機通過將從機的SS拉高實現(xiàn)與從機的同步。

圖8控制器SPI通訊框圖

ADS7843讀寫時序如圖9所示。由此可見ADS7843SPI接口的完整操作需要3×8=24個DCLK時鐘周期，前8個脈沖接收8位的命令，并在第6個脈沖的上升沿開始A/D轉(zhuǎn)換器進入采樣階段，從第9個脈沖開始進入轉(zhuǎn)換階段，輸出12位采樣值，轉(zhuǎn)換結(jié)束進入空閑階段。直到24個DCLK結(jié)束，CS置高電平，測量結(jié)束。

圖9單端模式的數(shù)據(jù)讀寫

5.控制器PWM輸出

系統(tǒng)使用了控制器快速PWM模式對驅(qū)動控制，當系統(tǒng)采用8MHz晶振頻率是快速PWM模式頻率值為31.25KHz.計數(shù)器從BOTTOM計到MAX,然后立即回到BOTTOM重新開始。

對于普通的比較輸出模式，輸出比較引腳OCRn在TCNTn與OCRn匹配時清零，在BOTTOM時置位；對于反向比較輸出模式，OCRn的動作正好相反。具體的時序圖如圖10所示。圖中柱狀的TCNTn表示這是單邊斜坡操作。方框圖同時包含了普通的PWM輸出以及方向PWM輸出。

TCNTn斜坡上的短水平線表示OCRn和TCNTn的比較匹配。產(chǎn)生PWM波形的機理是OCRn存放器在OCRnX與TCNTn匹配時置位（或清零），以及在計數(shù)器清零（從TOP變?yōu)锽OTTOM）的那一個定時器時鐘周期清零（或置位）。輸出的PWM頻率可以通過如下公式計算得到：

變量N代表分頻因子（1、8、64、256或1024）。

圖10快速PWM時序圖

五、結(jié)論

多彩LED照明系統(tǒng)是一個極具開發(fā)前景的課題，隨著國家對大功率LED的進一步推廣LED的造價會繼續(xù)下降，LED燈具